ANALISA KOMPARATIF PEMANFAATAN NATURAL GAS DAN HSD TERHADAP EFISIENSI HRSG
ISBN: 978-979-796-238-6
ANALISA KOMPARATIF PEMANFAATAN NATURAL GAS
DAN HSD TERHADAP EFISIENSI HRSG
1 2 3 Gunawan Hidayat,ST.,MT. Riki Effendi,ST. Dhian T. Setyawan,ST.1. Universitas Muhammadiyah Jakarta 2.
Universitas Muhammadiyah Jakarta 3. Universitas Muhammadiyah Jakarta
Kontak person:
Gunawan Hidayat
Jalan Cempaka Putih Tengah No. 27
Jakarta Pusat 10510
Telp: 021-4244016, Fak: 021-4256023, Email:gunawan.hidayat@gmail.com
Abstrak
HRSG adalah suatu instalasi terintegrasi antara turbin gas dan turbin uap pada suatu sistem
kogenerasi- – combine cycle power plant. Instalasi ini berfungsi sebagai utilitas yang memanfaatkan
gas buang dari turbin gas untuk memanaskan pipa-pipa dalam HRSG hingga menjadi uap kering
yang mampu menggerakkan turbin uap.Penelitian ini menggunakan metode analisis data kualitatif dengan melakukan studi pustaka, dan studi
lapangan, serta wawancara dengan para ahli di bidang ini. Riset ini dimaksudkan untuk menganalisa
efisiensi HRSG pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas untuk
dibandingkan dengan pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar HSD. Hasil akhir
menunjukkan efisiensi HRSG yang optimal terjadi pada load set 100 %, dimana pada saat gas turbine
beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas, efisiensi yang dicapai sebesar 71.13 % untuk
efisiensi energi dan sebesar 83.15 % untuk efisiensi thermal. Sedangkan pada saat beroperasi
menggunakan bahan bakar HSD efisiensi yang dicapai sebesar 70.26 % untuk efisiensi energi dan
73.35 untuk efisiensi thermal.
Kata kunci: HRSG, combine cycle power plant, gas turbine, steam turbine, efisiensi Pendahuluan
Muara Tawar Combine Cycle Power Plant merupakan salah satu Pembangkit thermal milik PT PLN (Persero) yang dioperasiakan oleh PT. Pembangkitan Jawa Bali. Salah satu keunggulan dari Pembangkit Listrik jenis Combine Cycle adalah fleksibilitas dalam pemakaian bahan bakar, meskipun Pemerintah menekankan untuk meminimalisir penggunaan bahan bakar minyak dalam operasi Pembangkit Listrik tapi kenyataannya ketersediaan bahan bakar gas belum dapat terpenuhi[1].
Dalam instalasi Combine Cycle Power Plant terdapat peralatan yang dinamakan HRSG (Heat
recovery Steam Generator). Keuntungan penggunaan HRSG yang paling prinsip dibanding boiler
adalah peningkatan efisiensi karena HRSG memanfaatkan gas buang dari gas turbine sebagai sumber
kalor sehingga tidak memerlukan bahan bakar dan udara sebagai pemanas[2]. Oleh karena itu tujuan
dilakukan penelitian ini untuk membandingkan efisiensi yang dicapai oleh HRSG pada saat gas
turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas maupun saat beroperasi menggunakan
bahan bakar HSD(high speed diesel).Metode Penelitian
Pada penelitian ini menggunakan dua variabel dalam proses pengumpulan data, yaitu : (1)
Variabel bebas. Variabel bebas yang digunakan dalam penelitian ini adalah beban operasi dari pembangkit listrik. Pada penelitian ini beban operasi divariasikan dalam tiga kondisi operasi yaitu pada saat Load set 50 %, 75 % dan 100 %
Variabel terikat. Variabel terikat adalah data yang diperoleh dari pengamatan operasi pembangkit listrik berdasar load set seperti yg telah ditentukan pada variabel bebas. Penelitian ini menggunakan metode analisis data secara kualitatif dengan melakukan studi literatur dan studi lapangan yang dilakukan di tempat yang dijadikan objek penelitian.
ISBN: 978-979-796-238-6
Hasil Penelitian dan Pembahasan
Penelitian terhadap efisiensi HRSG dilaksanakan pada tiga kondisi operasi, sehingga pengambilan data dilakukan pada tiga kondisi operasi tesebut. ketiga kondisi operasi yang dijadikan acuan adalah : Load set 50% yaitu pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas dengan beban 73 MW dan beban steam turbine 46 MW serta pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar HSD dengan beban 65 MW dan beban steam turbine 38 MW Load set 75% yaitu pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas dengan beban 115 MW dan beban steam turbine 66 MW serta pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar HSD dengan beban 102 MW dan beban steam turbine 57 MW Load set 100% yaitu pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas dengan beban 167 MW dan beban steam turbine 77 MW serta pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar HSD dengan beban 146 MW dan beban steam turbine 65 MW
Efisiensi HRSG dengan Bahan Bakar Natural Gas
Langkah awal adalah menghitung laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap (Q h ) dengan mengambil data operasi yang merupakan parameter pada saat menggunakan bahan bakar
natural gas [3]
- –[5]. Dari data tersebut dapat dicari nilai enthalpy (h). Dari data nilai-nilai enthalpy seperti pada tabel di atas dapat dihitung Laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap
. Pada HRSG terdapat tiga macam pompa, yaitu condensate pump (CP) untuk memompakan air kondensat dari hotwell kondensor menuju feed water tank, HP feed water pump (HPFWP) untuk memompa air pengisi dari feed water tank menuju ke HP steam drum dan LP feed water pump (LPFWP) untuk untuk memompa air pengisi dari feed water tank menuju ke LP steam drum.
Daya pompa (kW) Jenis
Laju aliran energi panas yang dibutuhkan air
Load Load Load
pompa menjadi uap
50% 75% 100%
517.51 673.61 743.29
HP Pump Load Load Load LP Pump 148.58 154.39 200.83
50% 75% 100% Cond Pump 1165.92 2561.95 2910.34
149.71 MW 201.57 MW 234.31 MW Total daya 1832 3[6]389. 3854.46
95 (b)
(a) Laju aliran energi panas gas buang yang diberikan kepada HRSG
Load Load Load 50% 75% 100%
281.48 MW 303.92 MW 329.43 MW ( c )
Gambar 1: (a) table daya pompa, (b) tabel laju aliran energy panas, (c) laju aliran panas gas buang
- – Dari tabel di atas dapat dilihat hasil perhitungan daya pompa yang digunakan pada masing masing load set operasi dengan daya pompa terbesar dimiliki oleh pompa kondensat. Besar daya total dari keseluruhan pompa dapat diketahui dengan menjumlahkan daya dari ketiga jenis pompa tersebut. Sehingga besar laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap dapat diketahui ;
ISBN: 978-979-796-238-6
Dari nilai di atas selanjutnya dapat dihitung besar Laju aliran energi panas gas buang yang diberikan kepada HRSG Dari nilai pada tabel di atas dan besar Laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap maka besar efisiensi berdasarkan energi balance dan efisiensi thermal dapat dihitung dan dibuatkan grafik.
Dari gambar di atas terlihat bahwa nilai efisiensi yang dicapai oleh HRSG sebanding dengan kenaikan load set operasi, baik untuk efisiensi menggunakan metode energi balance maupun efisiensi dengan metode thermal loss mencapai efisiensi paling optimal pada load set 100 %
Efisiensi HRSG dengan Bahan bakar HSD
Berdasarkan data tentang parameter operasi HRSG pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar HSD, maka dapat dilakukan perhitungan enthalpy untuk masing
83.15 (a)
82.42
81.26
71.13 thermal (%)
66.32
53.18
Qeg (MW) 281.48 303.92 329.43 Qh (MW) 149.71 201.57 234.31 energi (%)
Load 100 %
Load 50 % Load 75 %
- – masing parameter tersebut menggunakan tabel uap dan interpolasi hingga diperoleh entalphi dari masing
- – masing parameter yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi HRSG seperti tertulis pada tabel :
35.93
Jenis pompa Daya pompa (kW)
Parameter
Enthalpy (kJ/kg) Load 50% Load 75%
Load 100% HP steam 3319.62 3455.83 3403.06 LP steam 2955.15 2982.35 2970.72 HP FW 618.29 618.04 617.85 LP FW 608.51 608.51 608.44 FW supply
151.76 161.06 165.67
FWT 607.39 607.39 607.41 Hotwell 134.54 129.89 134.54 T stack 434.6 435.5 435.48 TAT 730.48 776.93 795.64
T atmosfer 302.2 305.7 304.6 (b)
Load 50% Load 75%
34.14
Load 100% HP Pump 404.44 516.32 555.22 LP Pump
Dari data nilai-nilai entalphi seperti pada tabel di atas dapat dihitung Laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap dengan menghitung daya pompa (WP) terlebih dahulu.
189.65 MW 219.19 MW Gambar 3. (a) table enthalpy , (b) table daya pompa, (c) table laju aliran
141.41 MW
Load 50% Load 75% Load 100%
Laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap
Total daya 1075.86 2110.76 2469.08 (c)
46.43 Cond Pump 637.28 1558.51 1867.42
ISBN: 978-979-796-238-6
Selanjutnya dengan diketahui besar nilai WP seperti pada tabel di atas maka besar laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap dapat dihitung. Dari tabel hasil perhitungan tersebut selanjutnya kita menghitung besar Laju aliran energi panas gas buang yang diberikan kepada HRSG Dari nilai pada tabel di atas dan besar Laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap maka besar efisiensi berdasarkan energi balance dan efisiensi thermal dapat dihitung dan dibuatkan grafik
Load Load 75 Load 50 % % 100 %
Qeg (MW) 271.76 298.98 311.97 Qh (MW) 141.41 189.65 219.19
52.03
63.43
70.26 energi (%) thermal
69.09
72.43
73.35 (%)
Dari gambar di atas terlihat bahwa nilai efisiensi yang dicapai oleh HRSG sebanding dengan kenaikan load set operasi, baik untuk efisiensi menggunakan metode energi balance maupun efisiensi dengan metode thermal loss mencapai efisiensi paling optimal pada load set 100 %
Efisiensi HRSG Bahan-bakar Natural Gas dan HSD
Untuk mengetahui penyebab terjadinya perbedaan efisiensi tersebut dilakukan dengan melihat kembali data parameter operasi yang HRSG pada saat gas turbine menggunakan bahan bakar natural
gas dan tabel parameter operasi HRSG pada saat gas turbine menggunakan bahan bakar HSD[7], [8].
Dari pengamatan data terhadap kedua tabel tersebut terlihat perbedaan yang sangat signifikan dari temperatur feed water tank, dimana pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar o
natural gas temperatur feed water tank 329.15 K dan temperatur feed water tank naik mencapai
o417.15 K pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar HSD. Perbedaan temperatur o yang mencapai 88 K merupakan konsekuensi dari perbedaan karakteristik kedua jenis bahan bakar tersebut. Dengan kadar sulfur mencapai 0,2 % yang terkandung dalam bahan bakar HSD, maka diperlukan treatment khusus untuk menghindari terjadinya pengendapan sulfur tersebut pada sisi luar
tube
- – tube HRSG terutama pada tube LP economizer. Untuk mencegah terjadinya pengendapan sulfur
dapat dilakukan dengan menjaga temperature gas buang diatas dew point sulfur tersebut, yaitu dengan o menjaga temperature stack di atas 410 K.
Dengan masih tingginya temperature gas buang yang keluar dari stack maka proses penyerapan panas oleh sistem HRSG dipastikan tidak dapat berjalan secara optimal, yang mana terlihat dari
- – efisiensi berdasar metode thermal loss terdapat perbedaan efisiensi mencapai 10 % pada masing masing load set operasi. Begitu juga dengan adanya kebutuhan steam yang digunakan untuk o menaikkan temperature feed water tank mencapai 417.15 K juga berpengaruh terhadap perhitungan efisiensi dengan metode energi balance karena akan memperbesar laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap .
Kesimpulan
Dari analisa data-data penelitian diatas dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : (a)
Efisiensi HRSG menggunakan metode energi balance , efisiensi HRSG pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas dan HSD adalah identik, dengan selisih besar nilai efisiensi kurang dari 3 % pada masing – masing load set operasi. (b)
Efisiensi HRSG dengan metode thermal loss terdapat beda nilai efisiensi mencapai 10 % pada masing – masing load set operasi. HRSG dapat mencapai nilai efisiensi yang optimal sebesar 83.15 % pada saat load set 100 % dengan gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas.
ISBN: 978-979-796-238-6
(c) Perbedaan pencapaian efisiensi HRSG terjadi karena perbedaan karakteristik bahan bakar yang digunakan oleh gas turbin. Saat gas turbine beroperasi menggunakan HSD, diperlukan preheating pada air pengisi untuk mengurangi besar penyerapan energi panas yang terjadi pada tube
- – tube evaporator . Kondisi ini bertujuan untuk menjaga supaya temperature gas buang pada stack tidak
lebih rendah dari dew point sulfur. Hal ini jelas berpengaruh terhadap efisiensi, akan tetapi dengan perlakuan tersebut diharapkan HRSG mempunyai life time yang lebih panjang karena terhindar dari korosi akibat mengendapnya sulfur pada sisi luar tube – tube HRSG.
Referensi
[1] EUCI, “Heat Recovery Steam Generator Fundamentals,” 2015. [2] Alstom, “Heat Recovery Steam Generators for CCPP,” Switzerland, 2003. [3]
Afrian Syahbrahim, “Penentuan Parameter Turbin Gas untuk Penambahan HRSG dan Peningkatan Performa pada Blok 2 PLTGU Grati,” ITS, 2013. [4] Bambang Setyoko, “Analisa efisiensi performa HRSG,” Traksi, vol. 4, no. 2, pp. 49–56, 2006. [5]
A. Ilmar and A. Sandra, “Analisis Unjuk Kerja HRSG pada PLTGU Muara Tawar Blok 5,” Sintek
FT Univ. Muhammadiyah Jakarta , vol. 7, no. 1, pp. 23 –31, 2013.
[6]
F. Burlian and A. Ghafara, “Perancangan Ulang HRSG dengan Sistem Dual Pressure melalui Pemanfaatan Gas Buang sebuah Turbin Gas Berdaya 160 MM,” Rekayasa Mesin Univ. Sriwij., vol. 13 No 1, pp. 21
- –33, 2013. [7]
E. Yohana and A. Priambodo, “Analisa Efisiensi Low Pressure HRSG (Heat Recovery Steam Generator) pada PLTGU PT Indonesia Power UBP Semarang,” Rotasi Univ. Diponegoro, vol. 14, pp. 7
- –9, 2012. [8]
C. A. Basuki, A. Nugroho, and Bambang Winardi, “Analisis Konsumsi Bahan Bakar Pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap dengan Menggunakan Metod Least Square,” Universitas Diponegoro, 2008.